中、低品位磷矿烧结料制磷的优越性

中、低品位磷矿烧结料制磷的优越性孙志立【摘要】Adescriptionisgivenofphysicochemicalpropertiesandchemicalcompositionofmedium-gradeandlow-gradephosphaterockresource,andacontrastiveanalysisiscarriedoutofadvantagesandeconomicandtechnicalindexesofsinteringweatheredoreswithhighignitionlossandpoormechanicalstrengthusedinproductionofyellowphosphorus.Resultsshowthatsinteringcanmakefulluseofcheapmedium-gradeandlow-gradeweatheredore,orefinesandphosphorusfurnacetailgas,andplayanactiveroleinpromotingtechnologicalupgradingandinnovationofenterprise,reducingcost,sustainabledevelopingandlong-termstablesupplyofphosphaterockresources.%阐述了中、低品位磷矿资源的物化特性、化学组分，并对黄磷生产中采用的高灼失、机械强度差的风化矿进行烧结处理的优越性和经济技术指标进行对比分析。结果表明：烧结处理可以充分利用廉价的中、低品位风化矿、粉矿和磷炉尾气，对企业技术升级换代、降低成本、可持续发展及磷矿资源的长期稳定供给有着积极的推动作用。【期刊名称】《化肥工业》【年(卷)，期】2014(000)001【总页数】4页(P1-3,18)【关键词】中;低品位;磷矿烧结;黄磷生产【作者】孙志立【作者单位】贵州源翼矿业集团有限公司贵州瓮安550405【正文语种】中文1.1矿区概况矿区地处云南滇池、宣威、金沙江3个磷矿区域的中心点上（属云南会泽县），位于扬子地台的西南缘，次级川滇隆起与滇东凹陷带的交界处，紧邻落因古陆边缘。晋宁期小江断裂沿隆起凹陷交界发生断陷形成了滇东凹陷带，为古陆包围的海湾状沉积盆地，形成相对闭塞的环境，为磷矿的形成创造了有利的理化条件，大量繁殖的生物遗体、海水携带的磷质及古陆风化物提供的磷质在这一特定环境下不断堆积形成矿层（矿体）。该矿区现已探明磷矿储量20亿t，可开采的磷矿储量在10亿t左右，以中、低品位为主，有用的矿物为磷灰石，脉石矿物主要为白云石、石英和玉髓。根据化学多元素分析研究，若欲用此种矿获得较高品位的磷精矿（选矿），不仅需要排除大部分白云石矿物，而且需要降低最终磷精矿中的硅质矿物含量。由于磷矿与白云石、石英等脉石矿物共生关系复杂，呈微细相互充填胶结、包裹嵌布，不论是磷矿鲕粒中还是胶结物中都分布着细小的白云石、石英等杂质颗粒，按目前的技术水平，以低成本工业化生产优选磷矿几乎是不可能的。1.2磷矿特点及化学组分该矿区磷矿的特点是机械强度差（风化矿多）、灼失高（碳酸盐分解CO2的量）、品位偏低（多为中、低品位）等。矿区磷矿化学组分统计见表1。从表1统计的数据可得出：与上述矿区的磷矿特点是相吻合的；4号矿由于受取样工具和现场限制，代表性有所下降（P2O5含量很低，而SiO2含量很高），但其他数据符合磷矿构造的相应变化规律，如CO2的含量相应降低。1.3碳酸盐对磷酸盐化学还原反应的影响该矿区所产磷矿中的碳酸盐主要是以白云石［CaMg（CO3）2］和石英等形式存在（表1所示CO2质量分数平均为9.66%）。碳酸盐的分解温度为700~1000°C,反应分解出来的CO2随即被C还原成CO或反应生成低级氧化物，即灼失，灼失高表明分解出来的CO2多。为了表述统一，以下都用CO2表示碳酸盐灼失量。由于碳酸盐在700~1000C时的分解率在82%以上，而炉内的化学还原反应温度高达1400C,故磷矿中碳酸盐的分解率可视为100%。碳酸盐的分解和CO2的还原会使磷矿的粒径在炉内发生变化，当炉料依次落入熔池时，随温度的逐渐升高，磷矿发生爆裂，使料层中粉尘增多（粉尘增加率高达12%~21%），料层的透气性和热交换功能下降；其次，炉内电极电流易发生波动（打弧），顶部炉料容易结拱、塌料频繁，熔池电阻、电流不易控制，炉压剧增，严重时弓I起电极密封处喷火而烧坏电极悬挂等设施，还给炉面操作工的正常操作或维护带来潜在的安全隐患。实践数据统计证明：磷矿中的CO2质量分数每增加1%，每吨黄磷增加电耗200kW-h、焦炭30kg、泥磷10%~20%。此外，在700-900C条件下，CO2与电极会发生氧化反应，从而增大电极损耗。1.4中、低品位磷矿的利用及经济技术指标对比分析中、低品位磷矿中，除少部分可用于热法黄磷生产或钙镁磷肥等加工外，其余大部需经过浮选富集处理后方可满足高浓度磷复肥加工用矿要求。由于国内富矿储量日渐减少，在磷矿资源贫化、高纯和高附加值磷化工产品需求增加的情况下，磷化工企业已经不能保证得到磷矿资源的长期供应。根据国内外卜磷矿资源的实际供应情况，中、低品位磷矿的开发研究利用已被认为是未来磷矿利用的发展趋势，国内外卜许多公司多年来都已进行了中、低品位磷矿选矿技术的研究开发，积累了丰富的经验，并将成为增加可利用磷矿资源量、提高资源利用率和磷矿供应保障程度的中坚力量。以表1磷矿中各组分统计的平均值、电价0.5元/林可加、焦炭1300元/t计，则生产1t黄磷增加的电费为9.66x200x0.5=966.00（元），增加的焦炭费用为9.66x30x1.3=376.74（元）；按正常的磷收率为85%、CO2质量分数每上升1%吨黄磷增加10~20kg泥磷（泥磷中磷含量按30%折算成黄磷）、黄磷价格15800元/t计，则生产1t黄磷因增加的泥磷量多支出费用为9.66x15（取中间值）x30%x15.8=686.83（元）。以上3项合计，生产1t黄磷由于CO2含量上升所增加的费用是2029.57元。从经济技术指标对比分析可知，由于磷矿中CO2含量偏高、机械强度差、粉矿率高，除吨黄磷直接增加的费用外，还影响负荷、产量的提高和企业的经济效益。2.1预处理烧结技术烧结工艺用于炼铁原料铁矿的烧结处理，在钢铁工业一直得到广泛的应用。20世纪70年代，前苏联就已成功地将这一成熟工艺移植至磷矿的预处理烧结工艺上。云南安宁草铺大黄磷项目在引进的60kt/a黄磷装置（设2台制磷电炉）中采用了900kt/a烧结装置，近几年装置生产一直很正常，开车率在70%左右时便能满足2台大型制磷电炉的原料供应。磷矿烧结的主要原料是磷矿粉、焦粉和制磷电炉尾气，此3种物料在中、小型制磷电炉生产过程中恰恰都是难以保存和处理的副产品。磷矿粉和焦粉（粒度分别在10mm以下和3mm以下）按一定比例混合，加水润湿后造粒，然后送入烧结台车，经尾气燃烧装置高温点火，使混合料层中的焦粉燃烧；在高温下，物料开始软化，颗粒表面有一定的粘接相-液相生成，物料粘接形成烧结块，经冷却、破碎、筛分得到所需粒度的合格炉料，粒度不合格的炉料作为底料和返料。烧结过程是一个物化过程，烧结后强度提高。磷矿石中游离的白云石在1150°C的高温下脱碳分解，形成的游离钙、镁氧化物又与二氧化硅作用生成易熔的硅酸盐，结晶水及有机质分解挥发，物料随之软化、粘结，冷却后结块。降低升华电耗，热稳定性好。磷矿经高温烧结后，脱除了其中的结晶水、有机物等；CO2分解可达99%以上；机械强度高，运输过程中不易破碎，粉化率降低。制磷电炉开车率高。采用烧结料入炉，炉内结拱、塌料、导气管堵塞等现象减少，下料均匀，炉气温度稳定，制磷电炉运行平稳，功率因数高，故障停炉次数减少，特别是电极折断次数大大减少，从而提高了开车率。⑶生产能力提高。采用烧结料入炉，炉内料层透气均匀，炉气与炉料的热交换好，炉气出口温度低，炉料的电阻率较块矿高，容易获得最大电阻的炉料，电炉效率升高，负荷可提高8.5%，产量可提高10.0%。(4)泥磷量大幅减少。由于烧结料带入的杂质、粉尘减少，泥磷量比原来减少70%以上。2.3烧结装置的优化和创新烧结料入炉虽然有诸多优点，但由于烧结装置的一次性投资大，是磷矿烧结预处理技术未能得到广泛推广应用的根本原因。目前，国内全部使用烧结料、采用制磷电炉生产黄磷的仅有云南安宁草铺大型黄磷企业一家，其900kt/a带式烧结装置投资7亿元以上，是当前世界上用于黄磷原料预处理烧结最大的带式烧结装置。据有关资料报道，云南已建成1台100kt/a新型磷矿烧结机，在设备投资和烧结工艺上都有了较大的改进，称为步进式平面循环烧结机。该烧结机是在总结、消化吸收国内、夕卜带式烧结机的基础上进行了发展和完善，是近几年优化创新开发的一种新型烧结装置，具有投资省、结构简单实用、建设周期短(总建设期180d左右)、投资回收期短、运行费用低、除尘效果好、扩容改造方便等特点，烧结和冷却在同—台车组上进行，产量高、质量好、操作维护方便，完全可与进口带式烧结机相媲美，相同规模、产量的步进式平面循环烧结机投资不到带式烧结机的1/6，设计利用系数最高可达1.65，设备利用率可达95%以上。（1） 吨合格烧结料成本众所周知，目前我国矿山多数是按统矿方式供矿，进入工厂的磷矿中＜5mm的粉矿质量分数达30%-40%，磷矿经破碎、干燥、筛分处理后，粉矿质量分数高达40%-50%，即2t磷矿才能加工成1t合格的入炉矿。由于矿区磷矿品位低、SiO2和CO2含量高，除了用于电热法制磷外，很难用于其他产品的生产，这部分粉矿不管在矿山还是在工厂，堆放保存都较困难。按磷矿粉（含P2O5质量分数24%左右）售价200元/t、焦粉800元/t计，磷矿粉预处理烧结成本（消耗量按黄磷生产指标：生产1t合格烧结料消耗磷矿粉1.18t、焦粉0.12t、动力电110kW・h、其他费用34元）如下：磷矿粉为1.18x200=236（元/t）,焦粉为0.12x800=96（元/t）,动力电（取年产30kt大型制磷电炉的1/2）为55x0.5=27.5（元/t）,其他费用（取年产30kt大型制磷电炉的1/2）为17.0元/t,合计376.5元/t。（2） 投资回收期计算通过以上研究分析、成本核算并结合该磷矿的实际情况，可先采用矿山的原矿加工成合格的块矿（入炉料），粉矿用于制取烧结料，采用块矿、烧结料按质量比5:5,4:6,3:7和2:8的比例逐渐减少块矿用量，增加烧结料入炉。若能将合格块矿出售，全部用烧结料更好。若建1套200kt/a烧结料生产装置并配套2台25000kVA制磷电炉，投资2500万元左右；若采用块矿（合格炉料）入炉，块矿到厂价不低于350元/t;以生产1t黄磷消耗10t块矿或烧结料计算，则制取1t黄磷的成本分别为3500元和3765元。块矿入炉由于CO2等未脱除，生产1t黄磷增加的费用是1773.26元；而采用烧结料，这一项几乎为零，但增加了烧结装置的一次性投资。若采用块矿与烧结料按质量比5:5比例混合入炉，2台制磷电炉的生产运行率为70%，经计算，投资回收期约为2.37年。若全部采用烧结料，在相同条件下，投资回收期仅1.19年。磷矿烧